DASAR PENGUKURAN LISTRIK
KONTRAK KULIAH
Pertemuan 1-7
Pertemuan 8 UTS
Penilaian:
1) Tugas : 15%
2) Quis : 15%
3) UTS : 20%
Referensi:
Measurement and Instrumentation Principles.
1. Objektif
2. Teori
3. Contoh
4. Simpulan
OUTLINE
Mahasiswa mampu:
▪ Menjelaskan dengan benar mengenai prinsip dasar sistem pengukuran.
▪ Menjelaskan dengan benar mengenai terminologi dalam sistem pengukuran.
▪ Menjelaskan dengan benar mengenai elemen dasar instrument pengukur.
Teori Contoh SimpulanObjektif
Tujuan Pembelajaran
Dasar Pengukuran Listrik
• Pengukuran : Proses mendapatkan informasi tentang nilai variabel suatu
proses/sistem atau mendapatkan informasi tentang nilai dari suatu
besaran fisis, informasi yang didapatkan dapat berupa data
kuantitatif maupun kualitatif.
• Instrumentasi : bidang ilmu dan teknologi yang mencakup perancangan,
pembuatan, penggunaan instrumen/alat fisika atau sistem
instrumen untuk keperluan deteksi, penelitian, pengukuran serta
pengolahan data.
• Data Empiris : Data yang diperoleh langsung dari sistem pengukuran.
• Data Terproses : Data hasil pengolahan dari data empiris, misal perhitungan dari
beberapa variable.
Objektif Contoh SimpulanTeori
Pendahuluan
Dasar Pengukuran Listrik
• Mendapatkan data variabel-variabel dari suatu proses atau sistem.
• Data tersebut kemudian dapat digunakan untuk kepentingan lebih lanjutmisalnya:
• Desain – Rancang Bangun
• Pengendalian/Sistem Kontrol
• Assessment/evaluasi/audit
Objektif Contoh SimpulanTeori
Untuk Apa SIstem Pengukuran?
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif Contoh SimpulanTeori
Gambaran Proses Pengukuran
Dasar Pengukuran Listrik
Pengamat: orang yang
memerlukan informasi
Menghubungkan antara proses dan pengamat,
mengubah sinyal menjadi yang dapat terbaca oleh
pengamat dengan standar unit tertentu
Nilai sebenarnya dari variabel
prosesNilai terukur (hasil pengukuran)
Menghasilkan Informasi
(Perubahan variabel-variabel)
Objektif Contoh SimpulanTeori
Error Pengukuran
Dasar Pengukuran Listrik
𝐸 = 𝑚𝑒𝑎𝑠𝑢𝑟𝑒𝑑 𝑣𝑎𝑙𝑢𝑒 − 𝑡𝑟𝑢𝑒 𝑣𝑎𝑙𝑢𝑒
𝐸 = 𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚 𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡 − 𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚 𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡
▪ Sistem pengukuran merupakan bagian pertama dalam suatu sistem pengendalian
• Jika input sistem pengendalian salah, maka output salah.
• Jika hasil pengukuran (input sistem pengendalian) salah, maka hasil
pengendalian pasti salah, walaupun sebenarnya sistem pengendalian sangat
baik.
Objektif Contoh SimpulanTeori
Pendahuluan
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif Contoh SimpulanTeori
Block Diagram Sistem Instrumentasi
Dasar Pengukuran Listrik
▪ SensorSensor: suatu instrumen yang digunakanuntuk merasakan suatu besaran fisis. Besaran fisis yang diukur dapat berupabentuk energi listrik, termal, mekanik dsb.
▪ Transduser: suatu instrumen yang mengubah bentuk suatu energi besaranfisika menjadi besaran sinyal.
▪ Transmisi datatransmisi data: mengirim sinyal dari satuelemen ke elemen lainnya pada sistempengukuran.
Objektif Contoh SimpulanTeori
Block Diagram Sistem Instrumentasi
Dasar Pengukuran Listrik
• PengontrolBesaran fisika yang terukur kemudianingin dikontrol agar nilainya sesuai denganyang diharapkan. Sinyal yang telahditransmisikan kemudian dibandingkandengan set point kemudian akan dilakukanpengontrolan agar perbedaan nilai yang diukur dengan set point sekecil mungkin.
▪ AktuatorAktuator: suatu instrumen yang akanmelaksanakan perintah atau tindakan yang dikehendaki oleh pengontrol.
▪ SistemSesuatu yang ingin diukur.
Media Fisik
Terukur
Sensor
Instrumen Pengukur
Objektif Contoh SimpulanTeori
Blok Diagram Sistem Instrumentasi
Dasar Pengukuran Listrik
“…Sistem yang memiliki satu atau lebih komponen (devices) pengukur…”.
Transmitter Block
Indikator
KontrollerFinal
DriveAktuator
Tahap 1 Tahap n
Signal Conditioner Stages
Output
StageTransduser
Variabel
Ukur
Alarming
Perekam
Objektif Contoh SimpulanTeori
Elemen Dasar Instrumen Pengukur
Dasar Pengukuran Listrik
SENSOR
Signal
Conditioner
Transduser
Elemen dasar pengindera: mengukur nilai
fisik variabel yang diukur, dan mengubahnya
secara proporsional ke sinyal instrumentasi.
0
20
40
60
80
100
Pengkondisi sinyal: memodifikasi sinyal
instrumentasi, agar menghasilkan kualitas
yang lebih baik.
Sensor interface: mengubah satu sinyal
instrumentasi ke sinyal instrumentasi lainnya.
Dalam hal keluaran adalah sinyal
instrumentasi standard
transmitter
Output
Stage
Tahap akhir: memodifikasi sinyal
instrumentasi, agar sesuai dengan keluaran
yang diinginkan pengguna/sistem
berikutnya.
indikator
Objektif Contoh SimpulanTeori
Blok Diagram Pengukuran
Dasar Pengukuran Listrik
▪ Untuk analisa data
▪ pada Sistem Kendali
1. Karakteristik Statis
karakter yang menggambarkan parameter instrumen dalam keadaan steady.
• Karakteristik Statis yang dipresentasikan oleh tingkat presisi dan akurasi. Sifat
akurasi ditentukan oleh sensitivitas, range (jangkauan), non linieritas,
hysteresis.
2. Karakter Dinamis
karakter yang menggambarkan respon (tanggapan) dinamik (fungsi waktu).
• Karakteristik ini di definisikan oleh time constant.
Objektif Contoh SimpulanTeori
Karakteristik Instrumen Pengukuran
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif Contoh SimpulanTeori
Karakteristik dan Kriteria
Dasar Pengukuran Listrik
“…. parameter-parameter untuk menggambarkan kinerja perangkat…”
Apa yang akan diukur dan bagaimana karakternya
Apa & bagaimana keluaran yang diinginkan
Aspek ekonomi
9 Parameter Umum Perangkat/Instrumen Pengukur:
3 pertimbangan untuk menyatakan cocok/tidaknya sebuah perangkat dalam
aplikasi tertentu:
1. Jangkauan ukur (range)
2. Akurasi (Accuracy)
3. Presisi (Precision)
Untuk apa mempelajari karakteristik dan parameter ?
4. Sensitivitas (Sensitivity)
5. Resolusi
6. Dead band
Objektif Contoh SimpulanTeori
Jangkauan Ukur (Range)
Dasar Pengukuran Listrik
batas nilai ukur dari minimal hingga batas maksimal, yang keluaran / hasil
ukur dijamin sesuai dengan spesifikasi. Pada kebanyakan kasus, jangkauan
ukur tidak sama dengan batas aman operasi perangkat.
Pemilihan Jangkauan Ukur yang diperlukan:
mencakup semua nilai variabel, baik kondisi
normal maupun ekstrem. Dalam desain, biasanya
kondisi normal pada 30-70% jangkauan nilai
ekstremnya, untuk mengakomodasikan ketidak-
normalan operasi dan ketidak-pastian desain.
0
20
40
60
80
100
ba
tas
ek
stre
mv
ari
ab
el
0
20
40
60
80
100
batas nilai variabel
kondisi normal
jan
gk
au
an
uk
ur
ya
ng
dip
erl
uk
an
Objektif Contoh SimpulanTeori
Akurasi/ Ketelitian
Dasar Pengukuran Listrik
Ketelitian alat ukur dalam memberikan hasil pengukuran.
Contoh Akurasi:
• Termometer skala 0°F – 100°F dengan akurasi 1°F
Artinya jika pengukuran menunjukkan 60°F, maka nilai
sebenarnya adalah 59°F – 61°F.
• Level transmitter mempunyai akurasi 5 %
jika sinyal menunjukkan 40%, maka akurasi adalah 40 x 5% = 2%
sehingga nilai sebenarnya 38 – 42 %.
Objektif Contoh SimpulanTeori
Presisi/ Ketepatan
Dasar Pengukuran Listrik
Kemampuan sistem pengukuran untuk menampilkan ulang output yang sama
pada pengukuran berulang singkat
Contoh Presisi:
Voltmeter mempunyai repeatability 0,2 %. Jika pengukuran sebenarnya 100 V, maka
ketika pengukuran diulang – ulang ( misal 20 kali) maka pembacaan akan berkisar 99,8 – 100,2 V.
Objektif Contoh SimpulanTeori
Akurasi dan Presisi
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif Contoh SimpulanTeori
Akurasi dan Presisi : GALAT
Dasar Pengukuran Listrik
Ambil contoh hasil ukur Galat bias/akurasi:
• konsisten dan berulang;
• dapat direduksi atau
dibatalkan oleh kalibrasi;
• dapat dikontribusikan oleh
nonlinear dalam system;
• bias disebabkan oleh
sensor itu sendiri (loading
error).
data ukur
nil
ai
ha
sil
uk
ur
sampel ukur ke
nilai benar
bias
acak
Contoh non-linieritas sistem
Histeresis : nonlinieritas yang
umum ditemui dalam sebuah sistem
Galat Acak/presisi:
• acak, tidak pasti;
• disebabkan oleh kondisi lingkungan
• ketidakpastian dalam system;
pengaturan (thermal noise);
• dapat direduksi rata-rata(mean).
variabel ukur
ha
sil
uk
ur
Objektif Contoh SimpulanTeori
Sistem Linear dan Sistem Non Linear
Dasar Pengukuran Listrik
Sistem Linear Sistem Non Linear
Objektif Contoh SimpulanTeori
Akurasi dan Presisi
Dasar Pengukuran Listrik
Presisi vektor
Akurasi skalar
Alat presisi :
1. Dapat salah konsisten
2. Reduksi kalibrasi
Alat akurat :
1. Hasil belum tentu presisi
2. Reduksi averaging
Objektif Contoh SimpulanTeori
Akurasi dan Presisi
Dasar Pengukuran Listrik
Alat Lebih Presisi Alat Lebih Akurat
Satuan : %FS, %Reading, Absolut
Objektif Contoh SimpulanTeori
Sensitivitas
Dasar Pengukuran Listrik
Sensitivitas : perubahan yang masih dapat dirasakan oleh perangkat
Sensitivitas = ∆𝑂𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡
∆𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡
Ketidak-cocokan sensitivitas akan menghasilkan kerugian/kesalahan jangkauan (span) pada skala
perangkat-penerima-hasil-ukur.
Ambil contoh penyambungan instrumen pengukur dengan indikator
0 mA
5
10
15
20 mA
Jan
gk
au
an
uk
ur
0 –
10
0 p
si
0 psi
20
40
60
80
100 psiS
en
siti
vit
as =
0,2
mA
/ p
si
Instrumen Pengukur
0 mA
5
10
15
20 mA
0 psi
40
80
120
160
200 psi
Se
nsi
tiv
ita
s =
2,5
psi
/ m
A
Sk
ala
in
dik
ato
r
Instrumen Indikator
100 psi20 mA 200 psi20 mA
▪ Nilai inkremen terkecil dari sebuah input atau output yang dapat dideteksi
(skala terkecil yang mampu ditunjukkan oleh alat ukur).
Sebagai contoh : suatu timbangan pada jarum penunjuk yang menunjukkan
perubahan 0,2 gram (terkecil yang dapat dilihat) maka dikatakan
bahwa resolusi dari timbangan tersebut adalah 0,2 gram.
▪ Jika inkremennya kecil fine resolution
inkremennya besar coarse resolution
Objektif Contoh SimpulanTeori
Resolusi
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif Contoh SimpulanTeori
Deadband
Dasar Pengukuran Listrik
“… jangkauan atau batas bawah/atas variabel ukur yang tidak dapat
direspon perangkat ukur …”
Variabel ukur
Va
ria
be
lk
elu
ara
n
deadband
Biasanya sebuah mempunyai
sensitivitas yang rendah pada
batas bawah jangkauan
ukurnya.
▪ Penentuan nilai ukur dalam suatu skala bacaaan; biasanya menghasilkan output:
tegangan, arus, frekuensi, tekanan, (flow) aliran.
▪ Langkah-langkah penting dalam kalibrasi:
1. Uji konstruksi instrumen dan tentukan semua input yang mungkin
2. Tentukan input yang akan diterapkan untuk kalibrasi instrumen
3. Siapkan peralatan yang mengijinkan semua input bervariasi di dalam rentang
(range) yang diperlukan
4. Dengan menjaga beberapa input konstan, variasikan input lain, catat outputnya,
susun hubungan (persamaan) input-output
Objektif Contoh SimpulanTeori
Kalibrasi
Dasar Pengukuran Listrik
▪ Kadang-kadang disebut bias; deviasi seragam dari titik titik pengukuran sebuah instrumen.
Ada 2 jenis:
1) Instrumental error: disebabkan oleh instrumen (friksi pada bearing, tegangan pegas/spring)
dihindari dengan:
(a)pemilihan instrumen yang tepat
(b)penerapan faktor koreksi setelah penentuan besarnya error
(c)kalibrasi instrumen terhadap alat standar.
2) Environmental error: disebabkan oleh kondisi eksternal (efek suhu, humiditas, tekanan
barometrik)
dihindari dengan:
(a)menyediakan penyejuk ruangan (AC)
(b)melapisi komponen tertentu dalam intrumen
(c)menggunakan perlindungan (shield) magnetik
Objektif Contoh SimpulanTeori
Systematic Error
Dasar Pengukuran Listrik
Error yang tidak diketahui penyebabnya. Error ini biasanya kecil, dan mungkindapat ditangani secara matematis menurut hukum probabilitas.
Sources of Error
1. Pengetahuan yang tidak cukup tentang parameter proses dan kondisi
perancangan.
2. Perancangan yang pas-pasan (poor design)
3. Perubahan parameter proses
4. Perawatan yang tidak baik (poor maintenance)
5. Error karena manusia yang mengoperasikan instrumen
6. Keterbatasan perancangan
Objektif Contoh SimpulanTeori
Random Error
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif Teori SimpulanContoh
Contoh Situasi Engineering-Instrumentasi Pengukuran
Dasar Pengukuran Listrik
“….Instrumentasi Pengukuran dipergunakan dari mulai hal-
hal yang sederhana hingga yang sangat rumit …..”
pemantauan
kondisi
pada
alat beratInstrumen Cockpit
Fly by Wire
Kita lihat beberapa contoh
pemanfaatan instrumentasi pada beberapa situasi enjineering
“…dunia semakin modern ...
semakin terukur dengan
instrumentasi …”
Objektif Teori SimpulanContoh
Contoh Situasi Engineering-Instrumentasi Pengukuran
Dasar Pengukuran Listrik
Instrumentasi PadaWind Tunnel
Model Pesawat Terbang
Objektif Teori SimpulanContoh
Instrumentasi pada Wind Tunnel
Dasar Pengukuran Listrik
Dua pertanyaan dasar:
• Apa yang harus diukur ? Dan Dimana mengukurnya ?
Secara umum : pengaruh angin pada object under test/ objek yang sedang diuji (OUT)
Angin : diukur di tunnel
1. Laju aliran
2. Kecepatan angin
3. Tekanan
4. Temperatur
5. Turbulensi
6. Kecepatan Fan
7. Power Fan
OUT : diukur di tunnel
1. Tekanan
2. Temperatur
3. Gaya (lift dan drag)
4. Getaran (vibrasi)
5. Visualisasi aliran udara
Objektif Teori SimpulanContoh
Contoh Situasi Engineering-Instrumentasi Pengukuran
Dasar Pengukuran Listrik
Dimana mengukurnya ? laju aliran udara (dihitung)
temperatur
kecepatan dan power
Fan
tekanan
kecepatan
turbulensi
Objektif Teori SimpulanContoh
Instrumentasi pada Object Under Test
Dasar Pengukuran Listrik
Model Pesawat Terbang
Objektif Teori SimpulanContoh
Instrumentasi Pengukur Lain
Dasar Pengukuran Listrik
Black Box
Cockpit Voice Recorder : Perekam suara pilot dan co-pilot
Flight Data Recorder : Perekam kondisi-kondisi pesawat dan lingkungannya
Objektif Teori SimpulanContoh
Instrumentasi Pengukur Lain
Dasar Pengukuran Listrik
Crash Test Dummy (DRI Inc)
Apa dan dimana dilakukan pengukuran ?
Objektif Teori Contoh Simpulan
Dasar Pengukuran Listrik
“… apabila kita ingin memperoleh gambaran tentang
sesuatu dengan lebih presisi, maka kita perlu instrumen
untuk mengukur …….”
“… kita dapat memantau, mengendalikan, memprediksi,
mengeksplorasi, ataupun bereksperimentasi dengan lebih
presisi, bila kita dapat mengukurnya …”
“….Ketika Anda dapat mengukur apa yang Anda bicarakan dan
mengungkapkannya dalam jumlah, Anda tau tentang hal itu. Ini
mungkin awal pengetahuan, tapi Anda hamper tidak
memikirkan pemikiran Anda sampai ketahap sains…”
Lord Kevin, Prinsip Dasar Ilmu Pengetahuan.